p No exagerado filme de ficção científica de 1966 "Viagem Fantástica, "os cientistas miniaturizam um submarino com eles próprios e viajam através do corpo de um colega para quebrar um coágulo de sangue potencialmente fatal. Certo. Micro-humanos à parte, imagine a inflamação que o submarino de metal causaria. p Idealmente, dispositivos médicos injetáveis ​​ou implantáveis ​​não devem ser apenas pequenos e eletricamente funcionais, eles devem ser macios, como os tecidos do corpo com os quais interagem. Cientistas de dois laboratórios da UChicago decidiram ver se poderiam projetar um material com todas as três propriedades.

p O material que eles criaram, publicado online em 27 de junho, 2016, no Materiais da Natureza , forma a base de um engenhoso dispositivo injetável ativado por luz que poderia eventualmente ser usado para estimular células nervosas e manipular o comportamento de músculos e órgãos.

p "A maioria dos materiais tradicionais para implantes são muito rígidos e volumosos, especialmente se você quiser fazer estimulação elétrica, "disse Bozhi Tian, um professor assistente de química cujo laboratório colaborou com o do neurocientista Francisco Bezanilla na pesquisa.

p O novo material, em contraste, é macia e minúscula - partículas de apenas alguns micrômetros de diâmetro (muito menos do que a largura de um cabelo humano) que se dispersam facilmente em uma solução salina para que possam ser injetadas. As partículas também se degradam naturalmente dentro do corpo após alguns meses, portanto, nenhuma cirurgia seria necessária para removê-los.

p 'Esponja' em nanoescala

p Cada partícula é constituída de dois tipos de silício que, juntos, formam uma estrutura cheia de poros em escala nano, como uma pequena esponja. E como uma esponja, é mole - cem a mil vezes menos rígido do que o familiar silício cristalino usado em transistores e células solares. "É comparável à rigidez das fibras de colágeno em nossos corpos, "disse Yuanwen Jiang, Aluno de pós-graduação de Tian. "Portanto, estamos criando um material que combina com a rigidez do tecido real."

p O material constitui metade de um dispositivo elétrico que se cria espontaneamente quando uma das partículas de silício é injetada em uma cultura de células, ou, eventualmente, um corpo humano. A partícula se liga a uma célula, fazendo uma interface com a membrana plasmática da célula. Esses dois elementos juntos - membrana celular mais partícula - formam uma unidade que gera corrente quando a luz incide sobre a partícula de silício.

p "Você não precisa injetar o dispositivo inteiro; você só precisa injetar um componente, “João L. Carvalho-de-Souza, O pós-doutorado de Bezanilla disse. "Esta conexão de partícula única com a membrana celular permite a geração suficiente de corrente que pode ser usada para estimular a célula e alterar sua atividade. Depois de atingir seu objetivo terapêutico, o material se degrada naturalmente. E se você quiser fazer terapia de novo, você dá outra injeção. "

p Os cientistas construíram as partículas usando um processo que chamam de nanoformação. Eles fabricam um molde de dióxido de silício composto de minúsculos canais - "nanofios" - com cerca de sete nanômetros de diâmetro (menos de 10, 000 vezes menor que a largura de um fio de cabelo humano) conectadas por "micro-pontes" muito menores. No molde, eles injetam gás silano, que preenche os poros e canais e se decompõe em silício.

p E é aqui que as coisas ficam particularmente astutas. Os cientistas exploram o fato de que quanto menor é um objeto, quanto mais os átomos em sua superfície dominam suas reações ao que está ao seu redor. As micro-pontes são minúsculas, então a maioria de seus átomos estão na superfície. Estes interagem com o oxigênio que está presente no molde de dióxido de silício, criando micro-pontes feitas de silício oxidado recolhido dos materiais disponíveis. Os nanofios muito maiores têm proporcionalmente menos átomos de superfície, são muito menos interativos, e permanecem principalmente silício puro.

p "Esta é a beleza da nanociência, "Jiang disse." Isso permite que você crie composições químicas apenas manipulando o tamanho das coisas. "

p Nanoestrutura semelhante à teia

p Finalmente, o molde é dissolvido. O que resta é uma estrutura semelhante a uma teia de nanofios de silício conectados por micro-pontes de silício oxidado que podem absorver água e ajudar a aumentar a maciez da estrutura. O silício puro mantém sua capacidade de absorver luz.

p Os cientistas adicionaram as partículas aos neurônios em cultura no laboratório, iluminou as partículas, e visto fluxo de corrente nos neurônios que ativa as células. O próximo passo é ver o que acontece nos animais vivos. Eles estão particularmente interessados ​​em estimular os nervos do sistema nervoso periférico que se conectam aos órgãos. Esses nervos estão relativamente próximos da superfície do corpo, assim, a luz de comprimento de onda próximo ao infravermelho pode alcançá-los através da pele.

p Tian imagina o uso de dispositivos ativados por luz para projetar tecidos humanos e criar órgãos artificiais para substituir os danificados. Atualmente, os cientistas podem fazer órgãos projetados com a forma correta, mas não com a função ideal.

p Para fazer com que um órgão construído em laboratório funcione corretamente, eles precisarão ser capazes de manipular células individuais no tecido projetado. O dispositivo injetável permitiria a um cientista fazer isso, ajustando uma célula individual usando um feixe de luz fortemente focado como um mecânico alcançando um motor e girando um único parafuso. A possibilidade de fazer esse tipo de biologia sintética sem engenharia genética é atraente.

p "Ninguém quer que sua genética seja alterada, - disse Tian. - Pode ser arriscado. É necessário um sistema não genético que ainda possa manipular o comportamento das células. Este poderia ser esse tipo de sistema. "

p O aluno de pós-graduação de Tian, ​​Yuanwen Jiang, fez o desenvolvimento e caracterização do material no projeto. A parte biológica da colaboração foi feita no laboratório de Francisco Bezanilla, a Lillian Eichelberger Cannon Professora de Bioquímica e Biologia Molecular, pelo pós-doutorando João L. Carvalho-de-Souza. Eles eram, disse Tian, os "heróis" da obra.